Оборудование для печатных плат
Мы сертифицированы ИСО 9001
Тел. +7 (495) 964 47 48
Факс +7 (495) 964 47 39

Технология изготовления плат.Особенности производства печатных плат 6–7-го классов точности. Как изготавливать. На что обращать особое внимание

Авторы:
Илья Лейтес- Главный технолог,
Андрей Мусин - Директор по продажам и маркетингу
Сергей Кочетков - Директор по поддержке производства

Дополнительные и заключительные технологические этапы производства прецизионных печатных плат. Аналитическая лаборатория. Инженерное обеспечение изготовления прецизионных печатных плат

Дополнительные технологические этапы

К дополнительным технологическим этапам мы отнесли операции, которые являются инновационными, но чья реализация не обязательна на начальном этапе освоения производства прецизионных печатных плат. Выполнение этих этапов при создании производства печатных плат с параметрами, соответствующими печатным платам 6–7 го классов точности приведет к увеличению процента выхода годных, уменьшению трудоемкости как на основных, так и вспомогательных операциях техпроцесса, увеличению жизненного цикла печатных плат.

То есть применение этих этапов при производстве печатных плат 6–7 го классов точности является не обязательным, но весьма полезным. К таким (дополнительным) этапам производства прецизионных печатных плат мы отнесли:

  • адгезионное покрытие рисунка слоев перед прессованием; прессование;
  • формирование прецизионного рисунка паяльной маски;
  • маркировку струйным принтером;
  • нанесение финишных покрытий;
  • прецизионное проявление.

Адгезионное покрытие рисунка слоев перед прессованием

Рис. 19. Металлоорганическое адгезионное покрытие проводящего рисунка слоев по техпроцессу Circubond ф DOW
Рис. 20. Гибкий производственный модуль вакуумного прессования МПП с масляным нагревом/охлаждением фирмы Burkle

Металлоорганическое адгезионное покрытие проводящего рисунка слоев по техпроцессу Circubond фирмы DOW обеспечивает монолитность спрессованного пакета, высокое сопротивление изоляции, что может быть актуальным при уменьшении зазоров на рисунке прецизионных многослойных печатных плат — ведь для печатных плат 7-го класса точности он может составлять 50 мкм. Кроме того, при использовании этого покрытия отсутствует эффект «розового кольца» (рис. 19).

Реализацию процесса подготовки слоев перед прессованием (нанесение адгезионного покрытия) предлагается проводить на линиях Circubond line компании Schmid.

Нанесение адгезионного покрытия является одним из этапов прессования.

При организации производства прецизионных печатных плат на этапе прессования рекомендуется использовать вакуумное прессование на прессах с масляным нагревом/охлаждением (ООО «РТС-Инжиниринг» давно предлагает прессы широко известной в РФ фирмы Burkle).

Для увеличения производительности участок может быть дополнительно оснащен холодным прессом и автоматической загрузкой/выгрузкой (рис. 20).

Кроме того, при прессовании весьма полезно:

• Использование структур с фольгой на наружных слоях. Этот технологический прием минимизирует коробление, что может быть актуально в дальнейшем при монтаже миниатюрных компонентов на прецизионные печатных плат.

• Вакуумная сушка слоев и препрега. Что также минимизирует внутренние напряжения и коробление и в дальнейшем будет актуально при монтаже миниатюрных компонентов на прецизионные печатные платы.

• Установка чистой зоны на сборке пакета перед прессованием. Отсутствие посторонних частиц внутри пакета многослойных печатных плат увеличивает сопротивление изоляции при наличии малых зазоров в прецизионных печатных платах.

Формирование прецизионного рисунка паяльной маски

Рис. 21. Установки: а) ПЭ фирмы Limata (Германия); б) Ledia фирмы Screen (Япония)

Рисунок паяльной маски в принципе менее прецизионный, чем рисунок проводящих слоев. Тем не менее для печатных плат 6–7-го классов точности он становится достаточно прецизионным и для его реализации рекомендуется использовать прямое экспонирование, так же как и для экспонирования проводящего рисунка слоев.

То есть для его реализации предлагается применять то же оборудование, что и для экспонирования травильного резиста (рис. 21).

Напомним, что оба типа рекомендуемых установок позволяют экспонировать стандартные фотоформируемые паяльной маски с низкой тепловой нагрузкой на фоторезист паяльной маски, в том числе на любых неровных коробленых поверхностях многослойных печатных плат, а также проводить оперативное масштабирование, необходимое в технике корректировок размерных изменений.

При этом уникальной характеристикой установок прямого экспонирования Ledia фирмы Screen является возможность модулирования интенсивности экспонирования на разных длинах волн, что обеспечивает высокую производительность по стандартным паяльной маски различных марок.

Прямое формирование рисунка маркировки струйным принтером

Рис. 22. Струйный принтер маркировки компании CircaPrint

Для реализации этого этапа техпроцесса изготовления прецизионных печатных плат ООО «РТС Инжиниринг» предлагает струйный принтер маркировки от компании CircaPrint (рис. 22). Прямое формирование рисунка маркировки за счет использования виртуальных фотошаблонов-программ резко повышает оперативность организации процесса в условиях многономенклатурного производства и сокращает инвестиционные издержки.

Также в процессе маркировки установка позволяет проводить оперативное программное масштабирование (если это необходимо) по результатам размерной корректировки рисунка наружных слоев.

Она оснащена программным обеспечением маркировки порядкового номера заготовки и фрагментов заготовки, а при необходимости и коэффициента масштабирования (что актуально для фиксирования параметров различных этапов производства для обеспечения прослеживаемости в рамках системы менеджмента качества).

При нанесении маркировки происходит «сушка на лету», и из установки выходит сухая печатная плата, которая сразу же может быть подвергнута очередным технологическим манипуляциям. В рамках одной программы возможна (при использовании соответствующих картриджей) оперативная смена цветов маркировки.

Нанесение финишных покрытий

Для реализации процесса изготовления прецизионных печатных плат на этапе нанесения финишного (паяемого) покрытия ООО «РТС- Инжиниринг» предлагает кроме традиционного горячего лужения (HAL) инновационные процессы нанесения финишных покрытий

фирмы DOW с высокой планаризацией поверхности под пайку, актуальные при монтаже миниатюрных компонентов.

1. Процесс нанесения химического никеля (Ni) — иммерсионного золота (Au) — RONAMERSE SMT (II поколение Ni+P):

• плоские площадки под пайку;

• превосходная паяемость;

• сохранение паяемости — свыше 1 года;

• уменьшена коррозия никеля, существенно снижена вероятность возникновения «черных КП».

2. Процесс нанесения химического никеля (Ni) — химического палладия (Pd) — иммерсионного золота (Au) — RONAMERSE– PALLAMERSE SMT.

• все преимущества описанного выше RONAMERSE SMT;

• полное отсутствие коррозии никеля, в принципе отсутствует проблема «черных КП».

3. Процесс нанесения автокаталитического серебра (Ag) — SILVERON MF 100:

• все преимущества описанного выше RONAMERSE–PALLAMERSE SMT;

• пайка по меди, а не по никелю (нет хрупких интерметаллических компонентов; смачиваемость быстрее, чем у никеля; короче время контакта при одинаковой температуре во время процесса пайки);

• возможность многократного оплавления; сохранение паяемости свыше двух лет.

• подходит для сварки проволокой и для присоединения выводов бескорпусных микросхем при их непосредственном монтаже на печатные платы (COB).

Прецизионное проявление

Особенности работы установок прецизионного проявления сводится к обеспечению равномерности обработки оверхности печатных плат или слоев, а также к поддержанию постоянства состава рабочего раствора. Однако физические и химические свойства фоторезистов делают необходимым использование специализированных установок только при формировании рисунка с элементами 50 или даже 30 мкм и менее.

Оснащение аналитической лаборатории

Рис. 23. Примерный состав аналитической лаборатории на производстве прецизионных МПП

Большое количество химических и физических технологических процессов в рамках производства прецизионных многослойных печатных плат, ужесточенные допуски на их корректировки требуют тщательного контроля, а следовательно, хорошего оснащения аналитической лаборатории.

Она должна содержать оборудование для изготовления и анализа шлифов, оборудование для анализа пластичности меди, автоматизированные бюретки, электронные аналитические весы, приборы циклической вольтамперометрии (CVS), спектрофотометр, приборы оперативного измерения толщины меди, рентгенофлуоресцентный микроскоп (рис. 23).

Оборудование для изготовления шлифов является основой системы менеджмента качества. Изготовление и анализ шлифов — это наиболее достоверный способ контроля металлизации отверстий и внутренних слоев многослойных печатных плат. При изготовлении шлифов очень важно получить сечение отверстия в диаметральной плоскости, вот почему существенное влияние здесь оказывает подготовка (вырезание) шлифа. Доведение, формирование диаметральной плоскости без задиров и замазываний — вопрос наличия оформленной технологии и рукоделия исполнителя.

С помощью шлифов можно проверить почти все конструкционные параметры и увидеть (провести анализ причин возникновения) появившиеся дефекты. Процесс изготовления шлифов носит очень субъективный характер (в части качества изготовления и информативности шлифов), а значит, чем более сложное оборудование применяется для изготовления шлифов, тем меньше влияние субъективного фактора.

Усовершенствованная оптика микроскопа для изучения шлифов дает возможность достичь высоких показателей в равномерности освещения, разрешающей способности и контрастности изображения исследуемого шлифа. Управление микроскопом с ПК позволяет выводить изображение на экран, более детально рассмотреть отдельные участки шлифа, измерить толщину металлизации, хранить информацию в базе данных компьютера.

Типовой состав комплекта оборудования для изготовления шлифов:

• оборудование и оснастка для вырезания образцов;

• материалы и оснастка для заливки образцов;

• оборудование и оснастка для шлифования образцов;

• микроскоп, совмещенный с ПК.

Оборудование анализа пластичности меди позволяет измерять пластичность, предел прочности на растяжение и энергию деформации гальванической меди. Испытание медной фольги дуктилометрическим методом происходит путем продавливания каплей несжимаемой жидкости (деионизованной водой). Фольга изготавливается нанесением меди на полированную пластину из нержавейки в стандартном процессе гальванической металлизации.

Программа ПК задает алгоритм испытаний и оценивает полученные результаты. На экране ПК отображаются диаграмма «растяжение-нагрузка», величина пластичности, предел прочности и энергия деформации. Протокол испытания хранится в памяти компьютера. Этот метод более простой и оперативный, чем традиционный метод испытания на разрывной машине. Для обеспечения SMT (технологии поверхностного монтажа) пластичность меди, измеренная дуктилометрическим методом, должна быть не менее 18%, что соответствует примерно 6–8% удлинения, измеренного на разрывной машине.

Обеспечение стабильности формирования параметров на мокрых процессах в производстве многослойных печатных плат 6–7-го классов точности требует проведения большого объема анализов. При этом желательно максимально увеличить производительность и минимизировать влияние субъективного фактора. Автоматизированные бюретки обеспечивают автоматическое дозирование титранта с точностью до третьего знака после запятой при кислотно-основном, окислительно-восстановительном титровании, комплексонометрии, титровании по методу осаждения и комплексообразования.

Это позволяет очень точно определить концентрацию анализируемого компонента, а следовательно, провести оптимальную корректировку растворов. Электронные аналитические весы — необходимый инструмент формирования точных составов различных корректировок. Приборы циклической вольтамперометрии (CVS) выполняют анализ добавок гальванических ванн, основанный на том, что вольт-амперная кривая регистрируется в области осаждения и стравливания меди.

Компьютерное управление позволяет полностью автоматизировать процесс анализа. При отработке программ на экране компьютера отображаются все этапы проводимого анализа, и по завершении каждого этапа анализа компьютер выдает содержание добавки в мл/л. Все современные гальванические ванны, предназначенные для использования в техпроцессе производства прецизионных печатных плат, рассчитаны на анализ добавок методами CVS.

Спектрофотометр позволяет проводить фотометрирование как в видимой, так и в УФ- области. Прибор применяется для определе ния палладия в растворе прямой металлизации, перманганата и манганата в растворах удаления наволакивания смолы, активатора в растворе нанесения адгезионного покрытия перед прессованием, тиомочевины в растворе иммерсионного оловянирования.

Прибор оперативного измерения толщины медных покрытий на печатных платах измеряет толщину медных покрытий на верхней стороне печатных плат микрорезистивным 4-зондовым методом. Позволяет проводить неразрушающие, быстрые и точные измерения, на результаты которых не влияют нижележащие медные слои. Принцип работы ентгенофлуоресцентных спектрометров-толщиномеров основан на методе энергодисперсионной рентгеновской флуоресценции.

Они позволяют производить анализ элементного состава материалов от натрия до урана, оснащены простым и интуитивно понятным программным обеспечением. Основными сферами применения рентгенофлуоресцентных спектрометров-толщиномеров является измерение толщины многослойных финишных покрытий на печатных платах.

Инженерное обеспечение производства прецизионных печатных плат

При оснащении производства прецизионных многослойных печатных плат не следует забывать о соответствующем инженерном обеспечении, из которого главными являются чистые помещения и оборудование обеспечения температурно-влажностных режимов различных производственных участков, регламентированных ГОСТ 53432-2009 «Платы печатные.Общие технические требования к производству».

Инженерное оборудование производства многослойных печатных плат 6–7-го классов точности должно обеспечивать условия технологического климата на производственных участках не хуже специфицированных этим стандартом (таблица). Для достижения параметров изготавливаемых многослойных печатных плат до требований 6–7-го классов точности, а также для обеспечения стабильной работы оборудования большое значение имеет водоподготовка.

В производстве прецизионных многослойных печатных плат для составления рабочих растворов из концентратов, составления корректирующих добавок, а также на некоторых этапах финишных промывок необходимо использовать воду 3-й категории по ГОСТ 9.314-90. Для приготовления растворов и подачи воды на промывки ООО «РТС Инжиниринг» предлагает обратноосмотические установки и установки деионизованной воды различной производительности (рис. 24).

В нашем цикле публикаций, состоящем из трех статей, мы рассмотрели технологические аспекты и требуемое оснащение для изготовления печатных плат 6–7-го классов точности. При этом технологический процесс был разделен на две группы этапов — основных и дополнительных, каждый из которых отвечает за обеспечение своей части параметров прецизионных печатных плат.

Еще раз хотим обратить ваше внимание на то, что процессы реализации печатных плат уровня сложности 6–7-го классов точности не могут быть сведены к реализации какой- либо одной операции, а требуют комплексного решения. Изготовить полноценную прецизионную печатную плату можно только предварительно оснастив производствосоответствующим образом и выполнив комплекс этапов. В первую очередь, конечно же, основных.

Литература

1. Галецкий Ф., Лейтес И. Изготовление многослойных печатных плат с проводниками 75 мкм и с микропереходами 200 мкм // Производство электроники. Технологии, оборудование, материалы. 2006. № 1.

2. Лейтес И. О некоторых конструктивно-технологических проблемах прессования многослойных печатных плат (заметки практикующего технолога) // Производство электроники. Технологии, оборудование, материалы. 2010. № 5.

3. Лейтес И. Использование техники прямого формирования рисунка при изготовлении прецизионных многослойных печатных плат // Технологии в электронной промыш ленности. 2012. № 4.

4. Лейтес И., Баева О. Получение прецизионного рисунка в тентиг-процессе // Производство электроники. Технологии, оборудование, материалы. 2006. № 5.

5. Лейтес И. Альтернативные методы изготовления печатных плат (заметки практикующего технолога) // Производство электроники. Технологии, оборудование, материа лы. 2008. № 1, 2, 3.

6. Лейтес И. Травление проводящего рисунка современных многослойных печатных плат // Технологии в электронной промышленности. 2014. № 7.

7. Николаева Е. Внедрение автоматизированных методов титрования в практику химико-аналитической лаборатории // Технологии в электронной промышленности. 2013. № 4.

8. Лейтес И. Адгезионная подготовка поверхности в технологии печатных плат // Технологии в электронной промышленности. 2015. № 1.

9. Крылов Е . , Кочетков С . , Лейтес И. Современные отечественные гальванические линии для производства печатных плат высокого класса // Технологии в электронной промышленности. 2015. № 5.